JP7351648B2 - 複合プラント - Google Patents

Description

本開示は、ＣＯ_２タービンプラントを備える複合プラントに関する。

近年、高効率なタービンとして、高濃度のＣＯ_２を含む高温高圧の流体を作動流体とするＣＯ_２タービンの実現に向けた検討が行われている。特許文献１には、ＣＯ_２を含む流体をＣＯ_２タービンで膨張させて動力を得るとともにＣＯ_２を含む排気を循環させるＣＯ_２タービンプラントが開示されている。

特開２０１３－１７７８９３号公報

ところで、特許文献１に記載の構成のようにＣＯ_２を含む流体をＣＯ_２タービンプラントで循環させる場合、燃焼器で燃料を燃焼させることにより増加した分のＣＯ_２を閉サイクルの外部に排出する必要がある。

しかしながら、特許文献１には、ＣＯ_２タービンプラントから排出されたＣＯ_２の活用に関する知見は何ら開示されていない。

上述の事情に鑑みて、本発明の少なくとも一実施形態は、ＣＯ_２タービンプラントからＣＯ_２を回収して有効活用できる複合プラントを提供することを目的とする。

（１）本発明の少なくとも一実施形態に係る複合プラントは、
ＣＯ_２タービンプラントを備える複合プラントであって、
前記ＣＯ_２タービンプラントは、
Ｏ_２を酸化剤として用いて燃料を燃焼させてＣＯ_２及びＨ_２Ｏを含む流体を発生させるように構成された燃焼器と、
前記燃焼器で発生したＣＯ_２及びＨ_２Ｏを含む流体によって駆動するように構成されたＣＯ_２タービンと、
前記ＣＯ_２タービンを通過した前記流体からＨ_２Ｏを除去するための凝縮器と、
前記ＣＯ_２タービン及び前記凝縮器を通過したＣＯ_２を前記燃焼器に戻すための第１リターンラインと、
を含み、
前記複合プラントは、
ＣＯ_２を用いて少なくとも１種の有機化合物を合成するように構成された有機化合物合成装置を含む有機化合物合成プラントと、
前記第１リターンラインから分岐して前記有機化合物合成装置に接続するＣＯ_２供給ラインと、
を更に備える。

上記（１）に記載の複合プラントによれば、第１リターンラインから分岐して有機化合物合成装置に接続するＣＯ_２供給ラインが設けられているため、ＣＯ_２タービンプラントから回収した高濃度のＣＯ_２を原料として有効活用して有機化合物合成装置で少なくとも１種の有機化合物を合成することができる。したがって、複合プラントの全体効率を向上することができる。また、ＣＯ_２タービンプラントから排出されたＣＯ_２をＣＯ_２タービンプラントに隣接する有機化合物合成プラントで有機化合物の合成に使用することで、ＣＯ_２タービンプラントから回収したＣＯ_２の運搬や保管に要するコストを削減することができる。

（２）幾つかの実施形態では、上記（１）に記載の複合プラントにおいて、
前記ＣＯ_２タービンプラントは、ＣＯ_２を貯蔵するためのＣＯ_２貯蔵タンクを含み、
前記ＣＯ_２貯蔵タンクは、前記第１リターンライン又は前記ＣＯ_２供給ラインに接続される。

上記（２）に記載の複合プラントによれば、ＣＯ_２貯蔵タンクが第１リターンライン又はＣＯ_２供給ラインに接続されているため、ＣＯ_２タービンプラントの起動時にＣＯ_２貯蔵タンクからリターンラインを介して燃焼器にＣＯ_２を供給することが可能となり、ＣＯ_２タービンプラントを速やかに起動することができる。これにより、有機化合物合成プラントも速やかに起動することができる。また、有機化合物合成プラントにおける有機化合物合成プロセスの停止時に第１リターンラインからＣＯ_２をＣＯ_２貯蔵タンクに一時保管することができる。

（３）幾つかの実施形態では、上記（１）又は（２）に記載の複合プラントにおいて、
前記有機化合物合成プラントは、Ｈ_２を生成するためのＨ_２生成装置と、前記Ｈ_２生成装置で生成したＨ_２を前記有機化合物合成装置に供給するためのＨ_２供給ラインと、を含む。

上記（３）に記載の複合プラントによれば、ＣＯ_２タービンプラントから排出されたＣＯ_２とＨ_２生成装置からＨ_２供給ラインを介して供給されたＨ_２とを原料として有機化合物を合成することができる。

（４）幾つかの実施形態では、上記（３）に記載の複合プラントにおいて、
前記Ｈ_２生成装置は、Ｈ_２Ｏを電気分解してＨ_２を生成するための電気分解装置であり、前記複合プラントは、前記電気分解装置で発生したＯ_２を前記燃焼器に供給するためのＯ_２供給ラインを更に備える。

上記（４）に記載の複合プラントによれば、有機化合物の原料としてのＨ_２を電気分解装置で発生させる際にＨ_２とともに発生した高濃度のＯ_２を、ＣＯ_２タービンプラントの燃焼器において燃料を燃焼させるために使用することができる。これにより、燃焼器で使用する高濃度のＯ_２の全量を空気分離器で空気から抽出する場合と比較して、高濃度のＯ_２を空気から抽出するためのエネルギーを低減することができる。したがって、複合プラントの全体効率を向上することができる。

（５）幾つかの実施形態では、上記（３）に記載の複合プラントにおいて、
前記Ｈ_２生成装置は、天然ガス等からＨ_２を膜分離する膜分離装置である。Ｈ_２を膜分離して、あとに残ったＣＯ_２等の成分は有機化合物合成プラントに供給され、原料に利用することができる。なお、天然ガス等からＨ_２を分離する膜として、高分子膜を用いることができる。

（６）幾つかの実施形態では、上記（３）に記載の複合プラントにおいて、
前記複合プラントは、Ｈ_２を貯蔵するためのＨ_２貯蔵タンクを更に備え、
前記Ｈ_２貯蔵タンクは、前記Ｈ_２供給ラインに接続される。

有機化合物合成プラントは、Ｈ_２貯蔵タンクを設けることにより、有機化合物合成プラント停止時にもＨ_２生成装置を運転し、生成されたＨ_２をＨ_２貯蔵タンクに貯蔵することができる。有機化合物合成プラントの運転を再開するときには、Ｈ_２貯蔵タンクから、貯蔵されていたＨ_２を、Ｈ_２供給ラインを介して有機化合物合成設備に供給することができ、有機化合物合成プラントの運転を直ちに再開することができる。

（７）幾つかの実施形態では、上記（４）に記載の複合プラントにおいて、
前記複合プラントは、Ｏ_２を貯蔵するためのＯ_２貯蔵タンクを更に備え、
前記Ｏ_２貯蔵タンクは、前記Ｏ_２供給ラインに接続される。

有機化合物合成プラントは、有機化合物の合成が化学反応である以上、ＣＯ_２タービンプラントと比較して急激な負荷変動に対応しにくい。このため、上記（５）に記載のようにＯ_２供給ラインに接続されたＯ_２貯蔵タンクを設けることにより、ＣＯ_２タービンプラントの負荷変動に対して有機化合物合成プラントから燃焼器へのＯ_２の供給量を追従させることができ、高濃度のＯ_２を空気から抽出するためのエネルギーを低減することができる。したがって、複合プラントの全体効率を向上することができる。

（８）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（７）の何れかに記載の複合プラントにおいて、
前記ＣＯ_２タービンプラントは、前記ＣＯ_２タービンに連結された発電機を含む。

上記（８）に記載の複合プラントによれば、燃焼器で発生させた高濃度のＣＯ_２及びＨ_２Ｏから高効率でエネルギー（電力）を回収することができる。

（９）幾つかの実施形態では、上記（４）の何れかに記載の複合プラントにおいて、
前記ＣＯ_２タービンプラントは、前記ＣＯ_２タービンに連結された発電機を含み、
前記複合プラントは、前記発電機から前記電気分解装置に電力を供給するための電力ラインを更に備える。

上記（９）に記載の複合プラントによれば、ＣＯ_２タービンに連結された発電機から得られた電力を用いて有機化合物の原料となるＨ_２を生成することができる。

（１０）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（９）の何れかに記載の複合プラントにおいて、
前記有機化合物合成プラントは、前記有機化合物の合成に伴い生じる反応熱を回収するための熱交換部を含み、
前記複合プラントは、
前記ＣＯ_２タービンプラントで使用される第１流体を前記熱交換部に供給するための第１流体供給ラインと、
前記熱交換部での熱交換により前記反応熱を回収した前記第１流体を前記ＣＯ_２タービンプラントに戻すための第２リターンラインと、
を更に備える。

上記（１０）に記載の複合プラントによれば、有機化合物の合成に伴い生じる反応熱を回収した第１流体を第２リターンラインを介してＣＯ_２タービンプラントに戻すことができるため、上記反応熱を有効活用してＣＯ_２タービンプラントの効率を向上することができる。また、有機化合物合成装置では、ＣＯ_２供給ラインから供給されたＣＯ_２により反応系を冷却することができるため、有機化合物の合成を促進することができる。したがって、複合プラントの全体効率を向上することができる。

（１１）幾つかの実施形態では、上記（１０）に記載の複合プラントにおいて、
前記複合プラントは、前記有機化合物合成装置で合成された前記有機化合物のうち少なくとも１種を前記燃焼器に供給するための有機化合物供給ラインを更に備える。

上記（１１）に記載の複合プラントによれば、有機化合物合成装置で合成された有機化合物のうち少なくとも１種を燃焼器に供給して燃料として使用することができるため、複合プラントの全体効率を向上することができる。

（１２）幾つかの実施形態では、上記（１１）に記載の複合プラントにおいて、
前記有機化合物合成プラントは、前記有機化合物合成装置で合成された前記有機化合物を貯蔵するための有機化合物貯蔵タンクを含む。

上記（１２）に記載の複合プラントによれば、ＣＯ_２タービンプラントから排出されるＣＯ_２を有機化合物合成装置で有機化合物に変換して有機化合物貯蔵タンクで貯蔵し、例えば数か月後（又は数時間後、数日後等）に燃焼器で燃料として使用してＣＯ_２タービンを駆動することができる。このため、ＣＯ_２タービンに発電機が連結されている場合には、大容量且つ長時間の発電のタイムシフトが可能となる。

本発明の少なくとも一つの実施形態によれば、ＣＯ_２タービンプラントから排出されたＣＯ_２を有効活用した複合プラントが提供される。

本発明の一実施形態に係る複合プラントの全体構成を示す模式図である。 本発明の他の実施形態に係る複合プラントの全体構成を示す模式図である。

以下、添付図面を参照して本発明の幾つかの実施形態について説明する。ただし、実施形態として記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
例えば、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
例えば、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。
例えば、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
一方、一の構成要素を「備える」、「具える」、「具備する」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。

（複合プラントの全体構成）
図１は、一実施形態に係る複合プラントの全体構成を示す模式図である。
図１に示すように、複合プラント２は、ＣＯ_２タービンプラント４及び有機化合物合成プラント６を備える。

図１に示す例示的なＣＯ_２タービンプラント４は、亜臨界ＣＯ_２タービンコンバインドサイクル発電プラントとして構成されており、Ｏ_２製造装置８、燃焼器１０、ＣＯ_２タービン１２、発電機１４、蒸気タービンシステム１６、凝縮器１８、コンプレッサ２０、及びＣＯ_２貯蔵タンク２２を含む。蒸気タービンシステム１６は、廃熱回収ボイラ（ＨＲＳＧ ： Ｈｅａｔ Ｒｅｃｏｖｅｒｙ Ｓｔｅａｍ Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ）３４、蒸気タービン３６、発電機３８、復水器４０、及びポンプ４２を有する。

図１に示す有機化合物合成プラント６は、ＣＯ_２タービンプラント４に隣接して設けられており、電気分解装置２４、有機化合物合成装置２６、有機化合物貯蔵タンク２８、及び分離精製装置３０を含む。

（ＣＯ_２タービンプラント４の詳細構成及び周辺構成）
図１に示すように、Ｏ_２製造装置８は、空気からＯ_２を分離することで高濃度のＯ_２を製造する。Ｏ_２製造装置８で製造されたＯ_２は、Ｏ_２製造装置８と燃焼器１０とを接続するＯ_２供給ライン３２を介して燃焼器１０に供給される。

燃焼器１０は、Ｏ_２製造装置８から供給されるＯ_２を酸化剤として用いて燃料ガスを燃焼させて、ＣＯ_２及びＨ_２Ｏ（水蒸気）を含む混合ガス（流体）を発生させる。燃焼器１０は、電気分解装置２４から供給されるＯ_２も燃料ガスの燃焼に利用可能に構成されており、分離精製装置３０から供給される有機化合物としてのジメチルエーテル（ＤＭＥ）も上記燃料ガスとともに燃焼可能に構成されている。また、燃焼器１０には第１リターンライン４８を介してＣＯ_２が供給される。燃焼器１０に供給されたＣＯ_２と燃焼器１０で発生したＣＯ_２と燃焼器１０で発生したＨ_２Ｏとを含む混合ガスは、燃焼器１０とＣＯ_２タービン１２とを接続する混合ガス供給ライン３３を介してＣＯ_２タービン１２に供給される。

ＣＯ_２タービン１２は、燃焼器１０から供給されたＣＯ_２及びＨ_２Ｏを含む混合ガスを作動流体として回転し、ＣＯ_２タービン１２に連結された発電機１４を駆動する。

ＣＯ_２タービン１２を出たＣＯ_２及びＨ_２Ｏを含む混合ガスは、ＣＯ_２タービン１２と廃熱回収ボイラ３４とを接続する混合ガス供給ライン３５を介して廃熱回収ボイラ３４に供給され、廃熱回収ボイラ３４にて蒸気タービンシステム１６を循環する水との熱交換により循環する水を加熱して蒸気を発生させる。

廃熱回収ボイラ３４で発生した蒸気は蒸気タービン３６に供給される。蒸気タービン３６は、廃熱回収ボイラ３４から供給された蒸気を作動流体として回転し、蒸気タービン３６に連結された発電機３８を駆動する。蒸気タービン３６を出た蒸気は、復水器４０内で冷却されて復水（凝縮水）となる。

復水器４０を出た復水（ＣＯ_２タービンプラント４で使用される第１流体）は、ポンプ４２で昇圧されて、ポンプ４２と有機化合物合成装置２６が有する熱交換部２７とを接続する復水供給ライン４４（第１流体供給ライン）を介して熱交換部２７に供給される。

復水供給ライン４４を介して熱交換部２７に供給された復水は、後述するジメチルエーテルの合成（発熱反応）及びメタノールの合成（発熱反応）に伴い生じる反応熱を熱交換部２７で回収することで加熱される。熱交換部２７での熱交換により上記反応熱を回収した復水は、熱交換部２７と廃熱回収ボイラ３４とを接続する第２リターンライン４６を介してＣＯ_２タービンプラント４に戻されて、廃熱回収ボイラ３４に供給される。

ＣＯ_２タービン１２及び廃熱回収ボイラ３４を通過したＣＯ_２及びＨ_２Ｏを含む混合ガスは、廃熱回収ボイラ３４と凝縮器１８とを接続する混合ガスライン３７を介して凝縮器１８に供給され、凝縮器１８にて冷却されてＨ_２Ｏ（凝縮水）を除去される。

凝縮器１８と燃焼器１０とは、凝縮器１８を通過した高濃度のＣＯ_２を燃焼器１０に戻すための第１リターンライン４８を介して接続されており、第１リターンライン４８には凝縮器１８を通過したＣＯ_２ガスを昇圧するためのコンプレッサ２０が設けられている。コンプレッサ２０は、凝縮器１８を通過したＣＯ_２を昇圧して燃焼器１０に供給可能に構成されている。

第１リターンライン４８には、ＣＯ_２を貯蔵するためのＣＯ_２貯蔵タンク２２が接続されている。ＣＯ_２貯蔵タンク２２は、第１リターンライン４８を流れるＣＯ_２を貯蔵可能に構成されており、貯蔵しているＣＯ_２を第１リターンライン４８に供給可能に構成されている。

（有機化合物合成プラント６の詳細構成及び周辺構成）
電気分解装置２４は、Ｈ_２Ｏを電気分解してＯ_２とＨ_２を発生させる。電気分解装置２４は、電力ライン５０を介して発電機１４と接続されており、電力ライン５０は発電機１４が発電した電力を電気分解装置２４に供給可能に構成されている。電力ライン５０は電力系統に連系しており、電気分解装置２４は、発電機１４が発電した電力及び電力系統からの電力をＨ_２Ｏの電気分解に利用することができる。

電気分解装置２４は、Ｏ_２供給ライン５２を介して燃焼器１０に接続されており、電気分解装置２４で発生したＯ_２は、Ｏ_２供給ライン３２と合流するＯ_２供給ライン５２を介して燃焼器１０に供給される。Ｏ_２供給ライン５２にはＯ_２を貯蔵するためのＯ_２貯蔵タンク５４が接続されている。Ｏ_２貯蔵タンク５４は、Ｏ_２供給ライン５２を流れるＯ_２を貯蔵可能に構成されており、貯蔵しているＯ_２をＯ_２供給ライン５２に供給可能に構成されている。電気分解装置２４で発生したＨ_２は、Ｈ_２供給ライン５６を介して有機化合物合成装置２６に供給される。Ｈ_２供給ライン５６に接続されたＨ_２貯蔵タンク７０は、Ｈ_２供給ライン５６を流れるＨ_２を貯蔵可能に構成されており、貯蔵しているＨ_２をＨ_２供給ライン５６に供給可能に構成されている。Ｈ_２貯蔵タンクを設置することで、有機化合物合成プラント６停止時にも電気分解装置２４を運転し、生成したＨ_２を貯蔵しておくことができる。

有機化合物合成装置２６には、第１リターンライン４８から分岐したＣＯ_２供給ライン５８とＨ_２供給ライン５６とが合流した上で接続している。有機化合物合成装置２６には、電気分解装置２４で発生したＨ_２がＨ_２供給ライン５６を介して供給されるとともに、コンプレッサ２０で昇圧された高濃度のＣＯ_２がＣＯ２タービンプラント４からＣＯ_２供給ライン５８を介して供給される。

有機化合物合成装置２６は、電気分解装置２４からＨ_２供給ライン５６を介して供給されたＨ_２とＣＯ_２タービンプラント４からＣＯ_２供給ライン５８を介して供給されたＣＯ_２とを用いて、有機化合物としてのジメチルエーテル及びメタノール（ＭｅＯＨ）を合成するとともに副生水を生成する。なお、有機化合物合成装置２６におけるジメチルエーテルの合成の反応温度は、例えば２２０℃～２８０℃であってもよく、圧力は５ＭＰａ～１０ＭＰａであってもよい。

有機化合物合成装置２６で生成されたジメチルエーテル、メタノール及び副生水は、有機化合物合成プラント６内に設けられた有機化合物貯蔵タンク２８に貯蔵される。有機化合物貯蔵タンク２８から出たジメチルエーテル、メタノール及び副生水は、分離精製装置３０に供給されて、分離精製装置３０にて蒸留によりジメチルエーテルが分離精製されて抽出される。

分離精製装置３０にて分離精製されて抽出されたジメチルエーテルは、分離精製装置３０と燃焼器１０とを接続するジメチルエーテル供給ライン６０（有機化合物供給ライン）を介して燃焼器１０に供給され、燃焼器１０にて燃料として使用される。分離精製装置３０で得られたメタノールは、燃焼器１０に燃料として供給してもよいし、例えば自動車用の燃料として販売してもよい。

なお、ＣＯ_２タービンプラント４を流れる流体の温度及び圧力は上述した説明及び以下の説明から逸脱しない範囲であれば特に限定されないが、一例を示すと、例えば混合ガス供給ライン３３において２．７ＭＰａ及び１１００℃、混合ガス供給ライン３５において０．１ＭＰａ及び６３５℃、混合ガス供給ライン３７において０．１ＭＰａ及び５０℃、第１リターンライン４８において０．１ＭＰａ及び２０℃程度である。

以上に示した構成によれば、第１リターンライン４８から分岐して有機化合物合成装置２６に接続するＣＯ_２供給ライン５８が設けられているため、ＣＯ_２タービンプラント４から回収した高濃度のＣＯ_２を原料として有効活用して有機化合物合成装置２６でジメチルエーテル及びメタノールを合成することができる。したがって、複合プラント２の全体効率を向上することができる。また、ＣＯ_２タービンプラント４から排出されたＣＯ_２をＣＯ_２タービンプラント４に隣接する有機化合物合成プラント６で有機化合物合成プロセスに使用することで、ＣＯ_２タービンプラント４から回収したＣＯ_２の運搬や保管に要するコストを削減することができる。

また、ＣＯ_２貯蔵タンク２２が第１リターンライン４８に接続されているため、ＣＯ_２タービンプラント４の起動時（ＣＯ_２ガスタービンコンバインドサイクルの起動時）にＣＯ_２貯蔵タンク２２から第１リターンライン４８を介して燃焼器１０にＣＯ_２を供給することが可能となり、ＣＯ_２タービンプラント４を速やかに起動することができる。これにより、有機化合物合成プラント６も速やかに起動することができる。また、有機化合物合成プラント６における有機化合物合成プロセスの停止時に第１リターンライン４８からＣＯ_２を一時保管することができる。また、有機化合物合成プロセスの停止中でもＣＯ_２タービンプラント４の運転が可能である。

また、電気分解装置２４で発生したＯ_２を燃焼器１０に供給するためのＯ_２供給ライン５２が設けられているため、ジメチルエーテル及びメタノールの原料としてのＨ_２を電気分解装置２４で発生させる際にＨ_２とともに発生した高濃度のＯ_２を、ＣＯ_２タービンプラント４の燃焼器１０において燃料を燃焼させるために使用することができる。これにより、Ｏ_２製造装置８における空気から高濃度のＯ_２を抽出するためのエネルギーを低減することができる。したがって、複合プラント２の全体効率を向上することができる。

また、有機化合物合成プラント６は、有機化合物の合成が化学反応である以上、ＣＯ_２タービンプラント４と比較して急激な負荷変動に対応しにくい。このため、上記のようにＯ_２供給ライン５２に接続されたＯ_２貯蔵タンク５４を設けることにより、ＣＯ_２タービンプラント４の負荷変動に対して有機化合物合成プラント６から燃焼器１０へのＯ_２の供給量を追従させることができ、Ｏ_２製造装置８における空気から高濃度のＯ_２を抽出するためのエネルギーを低減することができる。したがって、複合プラント２の全体効率を向上することができる。

また、ＣＯ_２タービン１２に連結された発電機１４から電気分解装置２４に電力を供給するための電力ライン５０が設けられているため、ＣＯ_２タービン１２の駆動により得られた電力を用いてジメチルエーテル及びメタノールの原料となるＨ_２を生成することができる。また、発電機１４で発電した電力を電力系統に供給して売電してもよく、売電価格を考慮して売電するか有機化合物合成プロセスで使用するかを決定してもよい。

また、ジメチルエーテルの合成及びメタノールの合成に伴い生じる反応熱を熱交換部２７で回収した復水を、第２リターンライン４６を介してＣＯ_２タービンプラント４に戻して、廃熱回収ボイラ３４に供給することができるため、上記反応熱を有効活用してＣＯ_２タービンプラント４の効率を向上することができる。また、有機化合物合成装置２６では、復水供給ライン４４から供給された復水により反応系を冷却することができるため、ジメチルエーテルの合成及びメタノールの合成を促進することができる。したがって、複合プラント２の全体効率を向上することができる。

また、有機化合物合成装置２６で合成されたジメチルエーテルを燃焼器１０に供給して燃料として使用することができるため、ＣＯ_２タービンプラント４における燃焼器１０で使用する燃料の消費量を低減することができる。これにより、複合プラント２の全体効率を向上することができ、ＣＯ_２タービンプラント４における燃料購入費用を削減することができる。

また、ＣＯ_２タービンプラント４から排出されるＣＯ_２とＣＯ_２タービン１２に連結された発電機１４により発電された電力とを、有機化合物合成プロセスでメタノール及びジメチルエーテルに変換して有機化合物貯蔵タンク２８で貯蔵し、例えば数か月後（又は数時間後、数日後等）に燃焼器１０で燃料として使用してＣＯ_２タービン１２を駆動して発電を行うことで、大容量且つ長時間の発電タイムシフトが可能となる。

図２は、他の実施形態に係る複合プラント２の全体構成を示す模式図である。
図１に示す複合プラント２では、ＣＯ_２タービンプラント４は亜臨界ＣＯ_２タービンコンバインドサイクル発電プラントとして構成されているのに対し、図２に示す複合プラント２では、ＣＯ_２タービンプラント４は、アラム・サイクル（ａｌｌａｍ ｃｙｃｌｅ）と称される超臨界ＣＯ_２タービン発電プラントとして構成されている。図２に示す実施形態において、図１に示した実施形態の各構成と共通の符号は、特記しない限り図１に示した複合プラント２の各構成と同様の構成を示すものとし、説明を省略する。

図２に示す複合プラント２では、図１に示した蒸気タービンシステム１６の代わりに再生熱交換器６２が設けられている。

図２に示す構成において、ＣＯ_２タービン１２を出たＣＯ_２及びＨ_２Ｏを含む流体は、再生熱交換器６２に供給され、再生熱交換器６２にて冷却される。ＣＯ_２タービン１２及び再生熱交換器６２を通過したＣＯ_２及びＨ_２Ｏを含む流体は、凝縮器１８に供給され、凝縮器１８にて冷却されてＨ_２Ｏ（凝縮水）を除去される。

凝縮器１８と燃焼器１０とは、凝縮器１８を通過した高濃度のＣＯ_２を燃焼器１０に戻すための第１リターンライン４８を介して接続されており、第１リターンライン４８には凝縮器１８を通過したＣＯ_２を昇圧するためのポンプ６４（コンプレッサ及び冷却器を含んでいてもよい。）が設けられている。

図２に示す構成では、第１リターンライン４８は、以下で説明するようにＣＯ_２供給ライン６６（第１流体供給ライン）及び第２リターンライン６８を含む。

凝縮器１８を出た高濃度のＣＯ_２（ＣＯ_２タービンプラント４で使用される第１流体）は、ポンプ６４で昇圧されて、ポンプ６４と有機化合物合成装置２６が有する熱交換部２７とを接続するＣＯ_２供給ライン６６（第１流体供給ライン）を介して熱交換部２７に供給される。

ＣＯ_２供給ライン６６を介して熱交換部２７に供給された高濃度のＣＯ_２を含む流体は、ジメチルエーテルの合成（発熱反応）及びメタノールの合成（発熱反応）に伴い生じる反応熱を熱交換部２７で回収することで加熱される。熱交換部２７での熱交換により上記反応熱を回収した高濃度のＣＯ_２を含む流体は、熱交換部２７と再生熱交換器６２とを接続する第２リターンライン６８を介してＣＯ_２タービンプラント４に戻されて、再生熱交換器６２に供給される。

第２リターンライン６８を介して再生熱交換器６２へ供給された高濃度のＣＯ_２を含む流体は、ＣＯ_２タービンを出たＣＯ_２及びＨ_２Ｏを含む流体との再生熱交換器６２での熱交換によって加熱され、燃焼器１０に供給される。

図２に示す構成においても、ＣＯ_２タービンプラント４を流れる流体の温度及び圧力は上述した説明及び以下の説明から逸脱しない範囲であれば特に限定されないが、一例を示すと、例えば混合ガス供給ライン３３において３０ＭＰａ及び１１５０℃、混合ガス供給ライン３５において３ＭＰａ及び７８０℃、混合ガス供給ライン３７において３ＭＰａ及び６０℃、第１リターンライン４８のうちポンプ６４の上流側において３ＭＰａ及び２０℃、第１リターンライン４８のうちポンプ６４の下流側において３０ＭＰａ及び５５℃、第１リターンライン４８のうち再生熱交換器６２の下流側において３０ＭＰａ及び７７０℃程度である。

図２に示す構成においても、第１リターンライン４８から分岐して有機化合物合成装置２６に接続するＣＯ_２供給ライン５８が設けられているため、ＣＯ_２タービンプラント４から回収した高濃度のＣＯ_２を原料として有効活用して有機化合物合成装置２６でジメチルエーテル及びメタノールを合成することができる。したがって、複合プラント２の全体効率を向上することができる。また、ＣＯ_２タービンプラント４から排出されたＣＯ_２をＣＯ_２タービンプラント４に隣接する有機化合物合成プラント６で有機化合物合成プロセスに使用することで、ＣＯ_２タービンプラント４から回収したＣＯ_２の運搬や保管に要するコストを削減することができる。

また、図２に示す構成では、ＣＯ_２貯蔵タンク２２がＣＯ_２供給ライン５８に接続されているため、ＣＯ_２タービンプラント４の起動時（アラム・サイクルの起動時）にＣＯ_２貯蔵タンク２２からＣＯ_２供給ライン５８及び第１リターンライン４８を介して燃焼器１０にＣＯ_２を供給することが可能となり、ＣＯ_２タービンプラント４を速やかに起動することができる。これにより、有機化合物合成プラント６も速やかに起動することができる。また、有機化合物合成プラント６における有機化合物合成プロセスの停止時に第１リターンライン４８からＣＯ_２を一時保管することができる。また、有機化合物合成プロセスの停止中でもＣＯ_２タービンプラント４の運転が可能である。

また、図２に示す構成によれば、図１に示す構成により得られる上述の他の効果についても同様に得ることができる。

本発明は上述した実施形態に限定されることはなく、上述した実施形態に変形を加えた形態や、これらの形態を適宜組み合わせた形態も含む。

例えば、上述した実施形態では、Ｈ_２を生成するＨ_２生成装置として、電気分解装置を用いたが、Ｈ_２生成装置は、電気分解装置の他に、天然ガス等からＨ_２を膜分離する膜分離装置などであってもよい。膜分離装置によってＨ_２を膜分離した後に残った、ＣＯ_２などの成分は、有機化合物合成プラントに供給され、原料に利用することができる。

また、例えば、有機化合物合成プラント６が合成する有機化合物は、上述したジメチルエーテルやメタノールに限定されず、例えばメタン等であってもよく、ＣＯ_２を用いて合成できる有機燃料又は原料であればよい。

また、有機化合物供給ラインとしてのジメチルエーテル供給ライン６０は、有機化合物合成装置２６によって合成した有機化合物のうちのジメチルエーテルのみを燃焼器１０に供給するように構成されていたが、有機化合物供給ラインは、メタノールのみを燃焼器１０に供給してもよく、ジメチルエーテルとメタノールの両方を燃焼器１０に供給してもよい。

２ 複合プラント
４ ＣＯ_２タービンプラント
６ 有機化合物合成プラント
８ Ｏ_２製造装置
１０ 燃焼器
１２ ＣＯ_２タービン
１４ 発電機
１６ 蒸気タービンシステム
１８ 凝縮器
２０ コンプレッサ
２２ ＣＯ_２貯蔵タンク
２４ 電気分解装置
２６ 有機化合物合成装置
２７ 熱交換部
２８ 有機化合物貯蔵タンク
３０ 分離精製装置
３２ Ｏ_２供給ライン
３３，３５，３７ 混合ガス供給ライン
３４ 廃熱回収ボイラ
３６ 蒸気タービン
３８ 発電機
４０ 復水器
４２ ポンプ
４４ 復水供給ライン（第１流体供給ライン）
４６ 第２リターンライン
４８ 第１リターンライン
５０ 電力ライン
５２ Ｏ_２供給ライン
５４ Ｏ_２貯蔵タンク
５６ Ｈ_２供給ライン
５８ ＣＯ_２供給ライン
６０ ジメチルエーテル供給ライン（有機化合物供給ライン）
６２ 再生熱交換器
６４ ポンプ
６６ ＣＯ_２供給ライン（第１流体供給ライン）
６８ 第２リターンライン
７０ Ｈ_２貯蔵タンク

Claims (11)

1. ＣＯ_２タービンプラントを備える複合プラントであって、
   前記ＣＯ_２タービンプラントは、
   Ｏ_２を酸化剤として用いて燃料を燃焼させてＣＯ_２及びＨ_２Ｏを含む流体を発生させるように構成された燃焼器と、
   前記燃焼器で発生したＣＯ_２及びＨ_２Ｏを含む流体によって駆動するように構成されたＣＯ_２タービンと、
   前記ＣＯ_２タービンを通過した前記流体からＨ_２Ｏを除去するための凝縮器と、
   前記ＣＯ_２タービン及び前記凝縮器を通過したＣＯ_２ であるＣＯ _２ ガスを昇圧するためのコンプレッサと、
   前記コンプレッサで昇圧されたＣＯ _２ ガスを前記燃焼器に戻すための第１リターンラインと、
   を含み、
   前記複合プラントは、
   ＣＯ_２を用いて少なくとも１種の有機化合物を合成するように構成された有機化合物合成装置を含む有機化合物合成プラントと、
   前記第１リターンラインから分岐して前記有機化合物合成装置に接続するＣＯ_２供給ラインと、
   を更に備え、
   前記ＣＯ_２タービンプラントは、ＣＯ_２を貯蔵するためのＣＯ_２貯蔵タンクを含み、
   前記ＣＯ_２貯蔵タンクは、前記ＣＯ _２ タービンプラントの起動時に貯蔵しているＣＯ _２ ガスを前記燃焼器に供給可能なように、前記第１リターンラインに接続された、
   複合プラント。
2. 前記有機化合物合成プラントは、Ｈ_２を生成するためのＨ_２生成装置と、前記Ｈ_２生成装置で生成したＨ_２を前記有機化合物合成装置に供給するためのＨ_２供給ラインと、を含む請求項１に記載の複合プラント。
3. 前記Ｈ_２生成装置は、Ｈ_２Ｏを電気分解してＨ_２を生成するための電気分解装置であり、前記複合プラントは、前記電気分解装置で生成したＯ_２を前記燃焼器に供給するためのＯ_２供給ラインを更に備える、請求項２に記載の複合プラント。
4. 前記Ｈ_２生成装置は、天然ガス等からＨ_２を膜分離する膜分離装置である、請求項２に記載の複合プラント。
5. 前記複合プラントは、Ｈ_２を貯蔵するためのＨ_２貯蔵タンクを更に備え、
   前記Ｈ_２貯蔵タンクは、前記Ｈ_２供給ラインに接続された、請求項２に記載の複合プラント。
6. 前記複合プラントは、Ｏ_２を貯蔵するためのＯ_２貯蔵タンクを更に備え、
   前記Ｏ_２貯蔵タンクは、前記Ｏ_２供給ラインに接続された、請求項３に記載の複合プラント。
7. 前記ＣＯ_２タービンプラントは、前記ＣＯ_２タービンに連結された発電機を含む、請求項１乃至６の何れか１項に記載の複合プラント。
8. 前記ＣＯ_２タービンプラントは、前記ＣＯ_２タービンに連結された発電機を含み、
   前記複合プラントは、前記発電機から前記電気分解装置に電力を供給するための電力ラインを更に備える、請求項３に記載の複合プラント。
9. 前記有機化合物合成プラントは、前記有機化合物の合成に伴い生じる反応熱を回収するための熱交換部を含み、
   前記複合プラントは、
   前記ＣＯ_２タービンプラントで使用される第１流体を前記熱交換部に供給するための第１流体供給ラインと、
   前記熱交換部での熱交換により前記反応熱を回収した前記第１流体を前記ＣＯ_２タービンプラントに戻すための第２リターンラインと、
   を更に備える、請求項１乃至８の何れか１項に記載の複合プラント。
10. 前記複合プラントは、前記有機化合物合成装置で合成された前記有機化合物のうち少なくとも１種を前記燃焼器に供給するための有機化合物供給ラインを更に備える、請求項９に記載の複合プラント。
11. 前記有機化合物合成プラントは、前記有機化合物合成装置で合成された前記有機化合物を貯蔵するための有機化合物貯蔵タンクを含む、請求項１０に記載の複合プラント。

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